通過51單片機(jī)控制28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)按角度正反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)

一、前言

本項(xiàng)目基于STC89C52單片機(jī)，通過控制28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)按角度正反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)的功能。28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)是一種常用的電機(jī)，精準(zhǔn)定位和高扭矩輸出，適用于許多小型的自動(dòng)化系統(tǒng)和機(jī)械裝置。

在這個(gè)項(xiàng)目中，使用STC89C52單片機(jī)作為控制器，這是一款強(qiáng)大而常用的8位單片機(jī)芯片，具有豐富的外設(shè)和強(qiáng)大的計(jì)算能力。通過編寫適當(dāng)?shù)某绦?，可以通過單片機(jī)的IO口來控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。

28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)是一種低成本、低功耗的步進(jìn)電機(jī)，擁有精確的定位能力和較高的轉(zhuǎn)矩輸出。將使用單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)之間的接口信號來驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，并通過控制電流脈沖的頻率和順序來控制電機(jī)前進(jìn)或后退以及旋轉(zhuǎn)的角度。

本項(xiàng)目的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)根據(jù)用戶輸入的角度值，控制28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)按指定角度進(jìn)行正反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)。通過靈活調(diào)整步進(jìn)電機(jī)的控制信號，可以實(shí)現(xiàn)不同角度范圍內(nèi)的精確旋轉(zhuǎn)。

在接下來的內(nèi)容將介紹所需的硬件和軟件資源，包括STC89C52單片機(jī)的基本特性、28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)的工作原理，以及編寫控制程序的關(guān)鍵步驟。

二、設(shè)計(jì)流程

【1】硬件準(zhǔn)備：

• 51單片機(jī)開發(fā)板：選擇STC89C52單片機(jī)開發(fā)板。
• 28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)：一個(gè)28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)+ULN2003驅(qū)動(dòng)板。
• 驅(qū)動(dòng)電路：使用ULN2003芯片來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。
• 連接線和電源：準(zhǔn)備連接線和電源供電。

【2】連接電路：

• 將51單片機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路和步進(jìn)電機(jī)連接起來。

【3】編寫程序：

• 使用keil集成開發(fā)環(huán)境（IDE）編寫51單片機(jī)的控制程序。
• 初始化引腳和端口設(shè)置，配置控制步進(jìn)電機(jī)所需的引腳。
• 編寫函數(shù)來控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)。
• 編寫函數(shù)來控制步進(jìn)電機(jī)按照指定的角度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

【4】控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)：

• 在主程序中，調(diào)用適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)來控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。
• 使用按鍵輸入設(shè)備來觸發(fā)步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。
• 控制旋轉(zhuǎn)的角度、速度和方向。

【5】調(diào)試和測試：

• 通過編譯程序，并將生成的可執(zhí)行文件下載到51單片機(jī)開發(fā)板中。

三、代碼實(shí)現(xiàn)

3.1 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制

下面是通過STC89C52單片機(jī)控制28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)代碼：

#include <reg52.h>
#include <intrins.h>

#define motorPort P1    // 步進(jìn)電機(jī)的控制引腳連接到P1口
#define clockwise 0     // 順時(shí)針方向
#define counterclockwise 1  // 逆時(shí)針方向

// 函數(shù)聲明
void delay(unsigned int time);
void motorRotate(unsigned char direction, unsigned int steps);

void main()
{
    while (1)
    {
        // 正轉(zhuǎn)，執(zhí)行一定的步數(shù) (這里為512步，可根據(jù)需要修改)
        motorRotate(clockwise, 512);
        delay(1000);  // 延時(shí)1秒

        // 反轉(zhuǎn)，執(zhí)行一定的步數(shù)
        motorRotate(counterclockwise, 256);
        delay(1000);  // 延時(shí)1秒
    }
}

// 延時(shí)函數(shù)
void delay(unsigned int time)
{
    unsigned int i, j;
    for (i = time; i > 0; i--)
    {
        for (j = 110; j > 0; j--);  // 指令周期延時(shí)
    }
}

// 控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)
void motorRotate(unsigned char direction, unsigned int steps)
{
    unsigned int i;
    unsigned char motorSequence[8] = {0x01, 0x03, 0x02, 0x06, 0x04, 0x0C, 0x08, 0x09};  // 步進(jìn)電機(jī)的控制序列

    for (i = 0; i < steps; i++)
    {
        if (direction == clockwise)
        {
            motorPort = motorSequence[i % 8];
        }
        else if (direction == counterclockwise)
        {
            motorPort = motorSequence[7 - (i % 8)];
        }

        delay(2);  // 每步之間的延時(shí)，可根據(jù)需要調(diào)整
    }

    motorPort = 0x00;  // 停止電機(jī)
}

代碼里使用 STC89C52 單片機(jī)的 P1 口連接到28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)的控制引腳。在 main 函數(shù)中，通過循環(huán)實(shí)現(xiàn)了正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的功能。motorRotate 函數(shù)用于控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和步數(shù)，其中 clockwise 和 counterclockwise 分別代表順時(shí)針和逆時(shí)針方向。

3.2 角度旋轉(zhuǎn)

下面代碼使用STC89C52單片機(jī)控制28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)按指定的角度進(jìn)行正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，封裝子函數(shù)進(jìn)行調(diào)用。

#include <reg52.h>

// 定義28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)的相序
unsigned char stepSequence[8] = {0x01, 0x03, 0x02, 0x06, 0x04, 0x0C, 0x08, 0x09};

// 定義步進(jìn)電機(jī)當(dāng)前位置和角度
unsigned char currentPosition = 0;
unsigned int currentAngle = 0;

// 延時(shí)函數(shù)
void delay(unsigned int time) {
    unsigned int i, j;
    for (i = 0; i < time; i++) {
        for (j = 0; j < 120; j++);
    }
}

// 步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)函數(shù)
void stepForward(unsigned int angle) {
    unsigned int steps = angle / 5;  // 每步轉(zhuǎn)動(dòng)角度為5度
    unsigned int i;
    
    for (i = 0; i < steps; i++) {
        currentPosition++;
        if (currentPosition >= 8) {
            currentPosition = 0;
        }
        
        P1 = stepSequence[currentPosition];
        delay(10);  // 控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，可調(diào)整延時(shí)時(shí)間
    }
    
    currentAngle += angle;
}

// 步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)函數(shù)
void stepBackward(unsigned int angle) {
    unsigned int steps = angle / 5;  // 每步轉(zhuǎn)動(dòng)角度為5度
    unsigned int i;
    
    for (i = 0; i < steps; i++) {
        if (currentPosition == 0) {
            currentPosition = 8;
        }
        
        currentPosition--;
        
        P1 = stepSequence[currentPosition];
        delay(10);  // 控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，可調(diào)整延時(shí)時(shí)間
    }
    
    currentAngle -= angle;
}

// 主函數(shù)
void main() {
    while (1) {
        // 正轉(zhuǎn)180度
        stepForward(180);
        delay(1000);  // 停頓1秒鐘
        
        // 反轉(zhuǎn)90度
        stepBackward(90);
        delay(1000);  // 停頓1秒鐘
    }
}

代碼使用STC89C52單片機(jī)的P1口作為輸出口，通過控制P1口輸出的電平來控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)的相序存儲在stepSequence數(shù)組中，每個(gè)元素對應(yīng)一個(gè)相位。stepForward函數(shù)用于實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)，stepBackward函數(shù)用于實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的反轉(zhuǎn)。delay函數(shù)用于控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以根據(jù)需要調(diào)整延時(shí)時(shí)間。

在主函數(shù)中，演示了步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)180度和反轉(zhuǎn)90度的操作。

3.3 按鍵控制電機(jī)

有2個(gè)按鍵，接在P2口3上面的，按下是低電平。下面代碼加入2個(gè)按鍵，實(shí)現(xiàn)了2個(gè)按鍵的功能。

#include <reg52.h>

#define motorPort P1    // 步進(jìn)電機(jī)的控制引腳連接到P1口
#define clockwise 0     // 順時(shí)針方向
#define counterclockwise 1  // 逆時(shí)針方向

sbit startBtn = P2^0;   // 啟動(dòng)按鈕連接到P2.0口
sbit stopBtn = P2^1;    // 停止按鈕連接到P2.1口
sbit cwBtn = P2^2;      // 順時(shí)針按鈕連接到P2.2口
sbit ccwBtn = P2^3;     // 逆時(shí)針按鈕連接到P2.3口

unsigned char motorSequence[8] = {0x01, 0x03, 0x02, 0x06, 0x04, 0x0C, 0x08, 0x09};  // 步進(jìn)電機(jī)的控制序列
bit motorRunning = 0;  // 步進(jìn)電機(jī)是否正在運(yùn)行
unsigned int targetAngle = 0;  // 目標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，初始為0
bit clockwiseDirection = 1; // 電機(jī)默認(rèn)啟動(dòng)方向?yàn)轫槙r(shí)針

// 函數(shù)聲明
void delay(unsigned int time);
void motorRotate(unsigned char direction, unsigned int steps);

void main()
{
    while (1)
    {
        if (startBtn == 0)  // 如果按下了啟動(dòng)按鈕
        {
            while (startBtn == 0);  // 等待按鈕釋放

            if (!motorRunning)
            {
                motorRunning = 1;
                motorRotate(clockwiseDirection, targetAngle);  // 啟動(dòng)電機(jī)
            }
        }

        if (stopBtn == 0)  // 如果按下了停止按鈕
        {
            while (stopBtn == 0);  // 等待按鈕釋放

            if (motorRunning)
            {
                motorRunning = 0;
                motorPort = 0x00;  // 停止電機(jī)
            }
        }

        if (cwBtn == 0)  // 如果按下了順時(shí)針按鈕
        {
            while (cwBtn == 0);  // 等待按鈕釋放
            clockwiseDirection = 1;  // 設(shè)置電機(jī)啟動(dòng)方向?yàn)轫槙r(shí)針
        }

        if (ccwBtn == 0)  // 如果按下了逆時(shí)針按鈕
        {
            while (ccwBtn == 0);  // 等待按鈕釋放
            clockwiseDirection = 0;  // 設(shè)置電機(jī)啟動(dòng)方向?yàn)槟鏁r(shí)針
        }
    }
}

// 延時(shí)函數(shù)
void delay(unsigned int time)
{
    unsigned int i, j;
    for (i = time; i > 0; i--)
    {
        for (j = 110; j > 0; j--);  // 指令周期延時(shí)
    }
}

// 控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)
void motorRotate(unsigned char direction, unsigned int steps)
{
    unsigned int i;

    for (i = 0; i < steps; i++)
    {
        if (!motorRunning)
            break;

        if (direction == clockwise)
        {
            motorPort = motorSequence[i % 8];
        }
        else if (direction == counterclockwise)
        {
            motorPort = motorSequence[7 - (i % 8)];
        }

        delay(2);  // 每步之間的延時(shí)，可根據(jù)需要調(diào)整
    }

    motorPort = 0x00;  // 停止電機(jī)
}

在以上代碼中，增加了 cwBtn 和 ccwBtn 兩個(gè)按鍵引腳，并定義為 P2^2 和 P2^3。按下順時(shí)針按鈕時(shí)，將 clockwiseDirection 設(shè)置為 1，表示啟動(dòng)方向?yàn)轫槙r(shí)針；按下逆時(shí)針按鈕時(shí)，將 clockwiseDirection 設(shè)置為 0，表示啟動(dòng)方向?yàn)槟鏁r(shí)針。